CN114384698A - 拓展眼盒的智能眼镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种拓展眼盒的智能眼镜，其包括投影器以及至少一光束平移模块。投影器用以提供偏极化的图像光束。至少一光束平移模块配置于图像光束的路径上，且包括可调式液晶面板以及双折射晶体板。可调式液晶面板配置于图像光束的路径上，且用以调整图像光束的相位延迟量。双折射晶体板配置于来自可调式液晶面板的图像光束的路径上。经可调式液晶面板调整相位延迟量后，从双折射晶体板出射的图像光束沿着平行于双折射晶体板的出光面的方向产生平移。

Description

拓展眼盒的智能眼镜
技术领域
本发明涉及一种智能眼镜，尤其涉及一种拓展眼盒的智能眼镜。
背景技术
随着显示技术的进步，扩增实境(augmented reality)显示技术及虚拟现实(virtual reality)显示技术逐渐普及，大量应用于人们生活中。这一类的显示技术属于目视光学系统。在目视光学领域中，将眼睛可以观测到图像的空间或者眼睛可以观测到清晰图像的空间称为眼盒(eyebox)。当用户的眼睛视觉方向或位置超出眼盒的范围，用户将看不到图像，或者看到不清晰的图像。
在实际的应用中，由于不同使用者具有不同的眼瞳距离，若目视光学系统的眼盒是固定且不可拓展的，势必会对使用者造成限制。因此，发展可拓展眼盒大小的目视光学系统成为研究的方向。在现有的智能眼镜中，以机械或电动机械控制光学元件的位置或定向，以改变图像光束入射眼镜镜片上的衍射光学元件(DOE,diffraction optical element)的角度来进一步拓展眼盒。然而，机械或电动机械的控制方式增加了其调整机构的复杂度。
发明内容
本发明提供一种拓展眼盒的智能眼镜，可拓展眼盒的大小，适配于不同的使用者。
根据本发明一实施例，提供一种拓展眼盒的智能眼镜，其包括投影器以及至少一光束平移模块。投影器用以提供偏极化的图像光束。至少一光束平移模块配置于图像光束的路径上，且包括可调式液晶面板以及双折射晶体板。可调式液晶面板配置于图像光束的路径上，且用以调整图像光束的相位延迟量。双折射晶体板配置于来自可调式液晶面板的图像光束的路径上。经可调式液晶面板调整相位延迟量后，从双折射晶体板出射的图像光束沿着平行于双折射晶体板的出光面的方向产生平移。
基于上述，本发明实施例提供的拓展眼盒的智能眼镜利用可调式液晶面板，使得图像光束的相位延迟量是可被调整的，进而使其偏振方向可调，再利用双折射晶体板，调整图像光束的投影位置，达到拓展眼盒的功能。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的智能眼镜的俯视图；
图2A示出了根据本发明一实施例的智能眼镜的投影器及光束平移模块的俯视图；
图2B示出了图2A中的两组光束平移模块的俯视图；
图3示出了双折射晶体板的光学机制；
图4A以示意图示出了根据本发明一实施例的图2A中的偏振器以及一组光束平移模块的光学机制；
图4B以示意图示出了图4A的光学架构下图像光束的投影状况；
图5A及图5B以示意图示出了根据本发明一实施例的图2A中的偏振器以及两组光束平移模块的光学机制；
图5C以示意图示出了图5A及图5B的光学架构下图像光束的投影状况；
图5D以示意图示出了根据本发明一实施例的图2A中的偏振器以及两组光束平移模块的光学机制；
图6示出了根据本发明一实施例的智能眼镜的图像光束的投影状况。
附图标号说明：
1:智能眼镜
100、101、102、102’:光束平移模块
101A、102A、102A’:可调式液晶面板
101B、102B、102B’:双折射晶体板
200:投影器
201:图像光束
200S:图像源
200SR、200SG、200SB:激光二极管
202:偏振器
203、204、205:分光镜
206:扫描镜
207:原始图像光束
300:镜片
301:双折射晶体板
302:晶体光轴
303、L1、L2、L3、L4、L5、L6:光束
400:衍射光学元件
401:控制器
500:透镜
A、B、B’:晶体光轴的定向
d:厚度
D、Y1、Y2、Z1:平移量
EY1:眼睛
P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7:位置
S、P:偏振态
X、Y、Z:方向
x1、y1、y2、z1、z2:坐标值
θ、θ1、ψ:角度
具体实施方式
参照图1，其示出根据本发明一实施例的智能眼镜的俯视图。智能眼镜1包括至少一光束平移模块100、投影器200、镜片300以及衍射光学元件400，其中衍射光学元件400配置于镜片300上，投影器200提供偏极化的图像光束，至少一光束平移模块100配置于图像光束的路径上，图像光束在衍射光学元件400反射，进入用户的眼睛EY1。
参照图2A及图2B，图2A示出了根据本发明一实施例的智能眼镜的投影器及光束平移模块的俯视图，图2B示出了图2A中的两组光束平移模块的俯视图。在本实施例中，配置了两组光束平移模块101及102，其可视为图1所示的实施例中的至少一光束平移模块100的一种可能的实施方式，但是本发明不以此为限。在本发明的一些实施例中，至少一光束平移模块100可以一组、三组、四组或其他任意组数的光束平移模块来实施。
投影器200提供偏极化的图像光束201。投影器200可以具体的以激光投影显示器来实现。在本实施例中，投影器200包括图像源200S及偏振器202，图像源200S包括红色激光二极管200SR、绿色激光二极管200SG、蓝色激光二极管200SB、分光镜203、204及205以及扫描镜206。图像源200S用以发出原始图像光束207。具体而言，红色激光二极管200SR、绿色激光二极管200SG以及蓝色激光二极管200SB分别射出红色的激光、绿色的激光以及蓝色的激光。红色的激光、绿色的激光以及蓝色的激光再通过分光镜203、204及205合光以形成原始图像光束207。原始图像光束207通过扫描镜206而自投影器200向不同的方向射出。与射向不同方向的原始图像光束207对应的红色的激光、绿色的激光以及蓝色的激光的强度则是根据投影器200所要投影的图像来决定。
偏振器202配置于原始图像光束207的路径上，以将原始图像光束207转换成偏极化的图像光束201。偏振器202是弧形的偏振器，例如线偏振器。通过扫描镜206的扫描而射向不同方向的原始图像光束207垂直入射偏振器202。原始图像光束207透射偏振器202后形成图像光束201，图像光束201是线性偏振的光束，但是本发明不限于此。在本发明的一实施例中，原始图像光束207不透射偏振器并直接被用做为图像光束201。
在本实例中，在图像光束201的路径上设置了透镜500，以进一步优化图像光束201的成像质量，但是本发明不限于此。在本发明的其他实施例中，可以多个透镜来优化图像光束201的成像质量，多个透镜的面形、材质、屈光度以及厚度等可以彼此不同。在本发明的另一实施例中，可以不设置透镜500。
光束平移模块101及102依序配置于图像光束201的路径上。光束平移模块101包括了可调式液晶面板101A以及双折射晶体板101B。光束平移模块102包括了可调式液晶面板102A以及双折射晶体板102B。图2A中的偏极化的图像光束201依序透射可调式液晶面板101A、双折射晶体板101B、可调式液晶面板102A以及双折射晶体板102B。应当说明的是，随着扫描镜206的扫描，向不同的方向射出的图像光束201垂直入射弧形的可调式液晶面板101A的不同位置、垂直入射弧形的双折射晶体板101B的不同位置、垂直入射弧形的可调式液晶面板102A的不同位置且垂直入射弧形的双折射晶体板102B的不同位置。
图像光束201透射可调式液晶面板101A后，其相位发生延迟。通过适当配置双折射晶体板101B的晶体光轴的定向(orientation)，从双折射晶体板101B出射的图像光束201将沿着平行于双折射晶体板101B的出光面的方向产生平移。同样地，自双折射晶体板101B出射的图像光束201透射可调式液晶面板102A后，其相位发生延迟。通过适当配置双折射晶体板102B的晶体光轴的定向，从双折射晶体板102B出射的图像光束201将沿着平行于双折射晶体板102B的出光面的方向产生平移。关于上述双折射晶体板101B及102B的晶体光轴的定向与图像光束201的平移的具体细节，将在后面关于图3至图5C的描述中详细阐述。
根据本发明一实施例，可以一控制器电性连接至可调式液晶面板101A及101B，来控制可调式液晶面板101A及101B的运作，进而控制图像光束201的平移。具体而言，通过控制可调式液晶面板101A及101B中液晶的定向，可以分别控制图像光束201透射可调式液晶面板101A及101B后的偏振状态，进一步控制图像光束201是否分别通过双折射晶体板101B及102B产生平移。根据本发明一实施例，通过控制连接至可调式液晶面板101A及101B的控制器，图像光束201入射双折射晶体板101B前以及出射双折射晶体板101B后并不沿着平行于双折射晶体板101B的出光面的方向产生平移，但图像光束201入射双折射晶体板102B前以及出射双折射晶体板102B后沿着平行于双折射晶体板102B的出光面的方向产生平移。根据本发明另一实施例，通过控制连接至可调式液晶面板101A及101B的控制器，图像光束201入射双折射晶体板101B前以及出射双折射晶体板101B后沿着平行于双折射晶体板101B的出光面的方向产生平移，但图像光束201入射双折射晶体板102B前以及出射双折射晶体板102B后并不沿着平行于双折射晶体板102B的出光面的方向产生平移。根据本发明再一实施例，通过控制连接至可调式液晶面板101A及101B的控制器，图像光束201入射双折射晶体板101B前以及出射双折射晶体板101B后沿着平行于双折射晶体板101B的出光面的方向产生平移，且图像光束201入射双折射晶体板102B前以及出射双折射晶体板102B后沿着平行于双折射晶体板102B的出光面的方向产生平移。
根据上述关于图1、图2A以及图2B的描述，光束平移模块101及102做为图1所示的实施例中的至少一光束平移模块100的一种可能的实施方式。图像光束201可以分别通过光束平移模块101及102产生平移(例如，如图2A所示，通过光束平移模块101产生具备平移量Y1的平移)，使得图像光束201得以入射图1中的衍射光学元件400的不同位置，拓展智能眼镜1的眼盒。
参照图3，其示出双折射晶体板的光学机制。双折射晶体板301具备晶体光轴302。入射双折射晶体板301的光束303在入射双折射晶体板301前的路径与晶体光轴302在同一个参考平面(即图3中的XY平面)，并沿着X方向，且晶体光轴302与X轴之间具备夹角(180°-θ)。双折射晶体板301在X方向上的厚度为d。当具有任意偏振态的光束303入射双折射晶体板301，由于光束303的入射方向不平行于晶体光轴302，光束303被分光为沿不同路径行进的正常光束(ordinary beam)L1以及异常光束(extraordinary beam)L2，其中正常光束L1具有垂直于参考平面的S偏振态，异常光束L2具有平行于参考平面的P偏振态。自双折射晶体板301出射的异常光束L2与自双折射晶体板301出射的正常光束L1之间具备在Y方向上的平移量D，且D满足关系式：D＝d×tanα(式一)以及cot(α+45°)＝(ne 2/no 2)cotθ(式二)，其中α为在双折射晶体板301里的正常光束L1与异常光束L2之间的夹角，且ne和no分别为双折射晶体板301的异常折射率(extraordinary refractive index)和正常折射率(ordinaryrefractive index)。根据式一以及式二，可以得知，对于相同材质且相同厚度的不同的双折射晶体板，异常光束L2与正常光束L1之间的平移量仅取决于入射的光束303与晶体光轴的夹角。具体而言，当光束透射双折射晶体板，S偏振态的光束不平移，P偏振态的光束会平移。
接下来请同时参照图2A、图2B、图4A以及图4B，其中图4A以示意图示出了图2A中的偏振器202以及一组光束平移模块101的光学机制，图4B以示意图示出了图4A的光学架构下图像光束的投影状况。应当说明的是，如同上述关于图2A及图2B的描述中所阐述的，随着扫描镜206的扫描，向不同的方向射出的图像光束201垂直入射弧形的可调式液晶面板101A的不同位置，并垂直入射弧形的双折射晶体板101B的不同位置。此外，双折射晶体板101B的晶体光轴并非单一指向的，双折射晶体板101B的不同位置中的晶体光轴的定向不同，且自双折射晶体板101B的不同位置入射双折射晶体板101B的图像光束201与该位置的晶体光轴之间的夹角是恒定(constant)的。又如同前述关于图3的描述，当光束透射相同材质且相同厚度的双折射晶体板，异常光束与正常光束之间的平移量仅取决于入射的光束与晶体光轴的夹角。因此，图2A中的不同方向的图像光束201在透射厚度均匀的双折射晶体板101B后，异常光束与正常光束之间的平移量是一致的。由于上述的一致性，为了理解的方便，在图4A中仅以单一个原始图像光束207透射偏振器202后的单一个图像光束201来代表图2A中的各个方向的图像光束201的光学表现。
在图4A中，可调式液晶面板101A可以例如包括垂直配向型液晶，但是本发明不以此为限。在本发明的其他实施例中，可调式液晶面板101A可以包括扭曲向列(TN)模式液晶、平面内切换(IPS)模式液晶、图案化垂直配向(PVA)模式液晶中的一者。原始图像光束207沿着X方向入射偏振器202，且双折射晶体板101B的晶体光轴的定向A在XY平面并与X轴之间具备夹角(180°-θ)。
当可调式液晶面板101A未通过控制器401被施加电压，其内部的垂直配向型液晶的长轴会沿着X方向排列。具有任意偏振态的原始图像光束207透射偏振器202后，形成线性偏振的图像光束201，其为S偏振态。由于可调式液晶面板101A的液晶分子的长轴沿着平行X轴的方向排列，图像光束201不会发生相位延迟，而维持以S偏振态射出可调式液晶面板101A。S偏振态的图像光束201在透射双折射晶体板101B后，未产生平移，投射于坐标为(x1,y1,z1)的位置，示出于图4B所示的YZ平面中。
相对的，当控制器401使可调式液晶面板101A被施加电压，其内部的垂直配向型液晶的长轴的排列方向与X轴之间会具备一夹角。S偏振态入射可调式液晶面板101A的图像光束201会发生相位延迟，通过适当的配置，可以让图像光束201以P偏振态射出可调式液晶面板101A。换句话说，可调式液晶面板101A造成图像光束201的相位延迟，使图像光束201的偏振方向由平行Z轴的方向改变为平行Y轴的方向。P偏振态的图像光束201在透射双折射晶体板101B后，会产生平移，投射于坐标为(x1,y2,z1)的位置，示出于图4B所示的YZ平面中。坐标为(x1,y2,z1)的位置与坐标为(x1,y1,z1)的位置之间的距离为Y1＝y1-y2。换句话说，通过可调式液晶面板101A以及双折射晶体板101B的配置，图像光束201产生了平移，平移量为Y1。平移量Y1的大小如上述对于式一以及式二的描述由双折射晶体板101B的厚度、异常折射率、正常折射率以及晶体光轴的定向来决定。
根据上述，可以得知，通过配置一组光束平移模块于图像光束的路径上，可以在投影面中的一个方向上产生图像光束的平移，拓展眼盒。
参照图5A、图5B及图5C，图5A及图5B以示意图示出了图2A中的偏振器202以及两组光束平移模块101及102的光学机制，其中图5A是以XY平面示出的，图5B是以XZ平面示出的，以清楚地表示图像光束在不同方向上的平移。图5C以示意图示出了图5A(及图5B)的光学架构下图像光束的投影状况。为了清楚说明的目的，避免混淆，先参酌图5A及图5C。在此必须说明的是，图5A的右半部的元件(即偏振器202与光束平移模块101)的配置与图4A相同，且原始图像光束207以及图像光束201在上述元件内以及透射上述元件前后的光学特性亦与图4A及图4B所示出的相同，因此采用相同的标号来表示相同的元件，并省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的，请参照前述的说明，于此不再重复赘述。
在图5A中，包括有可调式液晶面板102A以及双折射晶体板102B的光束平移模块102被设置于自光束平移模块101出射的图像光束201的路径上。控制器401连接可调式液晶面板101A，以控制可调式液晶面板101A内部的垂直配向型液晶的长轴的排列方向，其中，当可调式液晶面板101A及可调式液晶面板102A通过控制器401而被施加相同大小的电压，两个可调式液晶面板对入射光束所造成的相位延迟量相同，但是本发明不限于此。在本发明的一些实施例中，可调式液晶面板101A及可调式液晶面板102A可以产生不同的相位延迟量。
双折射晶体板102B的晶体光轴的定向B在XZ平面上并与X轴之间具备夹角(180°-ψ)。应当特别说明的是，双折射晶体板101B的晶体光轴的定向A在XY平面上并与X轴之间具备夹角(180°-θ)。由于双折射晶体板101B及102B的晶体光轴定向不同，对于双折射晶体板101B而言，参考平面为XY平面，而对于双折射晶体板102B而言，参考平面为XZ平面。由于上述参考平面的差异，在下述的描述中，将明确地以偏振方向平行Y轴或偏振方向平行Z轴来描述图像光束201在图5A中的不同位置时的偏振态，而不以S偏振态或P偏振态来描述，以避免混淆。具体而言，若图像光束201在入射双折射晶体板101B时的偏振方向平行Y轴，将因为透射双折射晶体板101B而在Y方向发生平移。若图像光束201在入射双折射晶体板101B时的偏振方向平行Z轴，将不会发生平移。若图像光束201在入射双折射晶体板102B时的偏振方向平行Y轴，将不会发生平移。若图像光束201在入射双折射晶体板102B时的偏振方向平行Z轴，将因为透射双折射晶体板102B而在Z方向发生平移。
通过选择控制器401是否使得可调式液晶面板101A及102A被施加电压，可以分为四种状况使图像光束201分别投影于四个不同的位置，详述如下。
在第一种状况中，可调式液晶面板101A未被施加电压，可调式液晶面板101A对于射入的光束不会造成相位延迟，而可调式液晶面板102A通过控制器401被施加电压，可调式液晶面板102A对于射入的光束会造成相位延迟。自偏振器202出射的图像光束201在入射可调式液晶面板101A前的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板101A不造成相位延迟，自可调式液晶面板101A出射的图像光束201偏振方向仍维持为平行于Z轴。图像光束201透射双折射晶体板101B后不发生平移。图像光束201入射可调式液晶面板102A时的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板102A对于射入的光束会造成相位延迟，图像光束201自可调式液晶面板102A出射时的偏振方向会平行于Y轴，透射双折射晶体板102B后不发生平移。图像光束201将投射于坐标为(x1,y1,z1)的位置，示出于图5C所示的YZ平面中。
在第二种状况中，可调式液晶面板101A未被施加电压，可调式液晶面板101A对于射入的光束不会造成相位延迟，且可调式液晶面板102A未被施加电压，可调式液晶面板102A对于射入的光束不会造成相位延迟。自偏振器202出射的图像光束201在入射可调式液晶面板101A前的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板101A不造成相位延迟，自可调式液晶面板101A出射的图像光束201偏振方向仍维持为平行于Z轴。图像光束201透射双折射晶体板101B后不发生平移。图像光束201入射可调式液晶面板102A时的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板102A对于射入的光束不会造成相位延迟，图像光束201自可调式液晶面板102A出射时的偏振方向会平行于Z轴，透射双折射晶体板102B后发生平移(在Z方向平移距离Z1)。图像光束201将投射于坐标为(x1,y1,z2)的位置，示出于图5C所示的YZ平面中，其中Z1＝z1-z2。
在第三种状况中，可调式液晶面板101A通过控制器401被施加电压，可调式液晶面板101A对于射入的光束会造成相位延迟，而可调式液晶面板102A未被施加电压，可调式液晶面板102A对于射入的光束不会造成相位延迟。自偏振器202出射的图像光束201在入射可调式液晶面板101A前的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板101A会造成相位延迟，自可调式液晶面板101A出射的图像光束201偏振方向会平行于Y轴。图像光束201透射双折射晶体板101B后发生平移(在Y方向平移距离Y1)。图像光束201入射可调式液晶面板102A时的偏振方向平行于Y轴，由于可调式液晶面板102A对于射入的光束不会造成相位延迟，图像光束201自可调式液晶面板102A出射时的偏振方向会平行于Y轴，透射双折射晶体板102B后不发生平移。图像光束201将投射于坐标为(x1,y2,z1)的位置，示出于图5C所示的YZ平面中，其中平移量Y1＝y1-y2，Y1的大小如上述对于式一以及式二的描述由双折射晶体板101B的厚度、异常折射率、正常折射率以及晶体光轴的定向来决定。
在第四种状况中，可调式液晶面板101A通过控制器401被施加电压，可调式液晶面板101A对于射入的光束会造成相位延迟，且可调式液晶面板102A通过控制器401被施加电压，可调式液晶面板102A对于射入的光束会造成相位延迟。自偏振器202出射的图像光束201在入射可调式液晶面板101A前的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板101A会造成相位延迟，自可调式液晶面板101A出射的图像光束201的偏振方向会平行于Y轴。图像光束201透射双折射晶体板101B后发生平移(在Y方向平移距离Y1)。图像光束201入射可调式液晶面板102A时的偏振方向平行于Y轴，由于可调式液晶面板102A对于射入的光束会造成相位延迟，图像光束201自可调式液晶面板102A出射时的偏振方向会平行于Z轴，透射双折射晶体板102B后发生平移(在Z方向平移距离Z1)。图像光束201将投射于坐标为(x1,y2,z2)的位置，示出于图5C所示的YZ平面中，其中平移量Y1＝y1-y2，平移量Z1＝z1-z2。平移量Y1的大小如上述对于式一以及式二的描述由双折射晶体板101B的厚度、异常折射率、正常折射率以及晶体光轴的定向来决定。平移量Z1的大小如上述对于式一以及式二的描述由双折射晶体板102B的厚度、异常折射率、正常折射率以及晶体光轴的定向来决定。
在图5A、图5B及图5C中，分别以XY平面、XZ平面以及YZ平面呈现上述图像光束201可以投射的四个坐标位置(x1,y1,z1)、(x1,y1,z2)、(x1,y2,z1)以及(x1,y2,z2)。
根据上述，可以得知，通过配置至少两组光束平移模块于图像光束的路径上，并适当配置这些光束平移模块中的双折射晶体板的晶体光轴的定向，可以在投影面中的两个相交的方向上皆产生图像光束的平移，拓展眼盒。此外，平移量的大小由双折射晶体板的厚度、异常折射率、正常折射率以及晶体光轴的定向来决定。换句话说，可以通过改变所配置的一个或多个双折射晶体板的厚度、材质以及晶体光轴的定向来控制眼盒拓展的范围。
接下来请参照图5D，其示出了根据本发明一实施例的图2A中的偏振器202以及两组光束平移模块101及102’的光学机制。光束平移模块102’包括了可调式液晶面板102A’以及双折射晶体板102B’。在本实施例中，双折射晶体板101B的晶体光轴的定向A在XY平面并与X轴之间具备夹角(180°-θ)，且双折射晶体板102B’的晶体光轴的定向B’也在XY平面并与X轴之间具备夹角(180°-θ1)，其中θ1不等于θ，但是本发明不限于此。根据本发明另一实施例，θ1等于θ。
在本实施例中，由于双折射晶体板101B及102B’的晶体光轴的定向皆在XY平面，当透射双折射晶体板101B的图像光束201的偏振方向在Y方向上，图像光束201会在Y方向发生平移；并且，当透射双折射晶体板102B’的图像光束201的偏振方向在Y方向上，图像光束201亦会在Y方向发生平移。双折射晶体板101B造成的平移量为Y1，双折射晶体板102B’造成的平移量为Y2，且平移量Y1大于平移量Y2，但是本发明不限于此。在本发明的另一实施例中，平移量Y1等于平移量Y2。在本发明的再一实施例中，平移量Y1小于平移量Y2。
通过选择控制器401是否使得可调式液晶面板101A及102A被施加电压，图像光束201出射双折射晶体板102B’时的状态可以分成四种，分别描述如下。
在第一种状况中，可调式液晶面板101A未被施加电压，可调式液晶面板101A对于射入的光束不会造成相位延迟，而可调式液晶面板102A通过控制器401被施加电压，可调式液晶面板102A对于射入的光束会造成相位延迟。自偏振器202出射的图像光束201在入射可调式液晶面板101A前的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板101A不造成相位延迟，自可调式液晶面板101A出射的图像光束201的偏振方向仍维持为平行于Z轴。图像光束201透射双折射晶体板101B后不发生平移。图像光束201入射可调式液晶面板102A时的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板102A对于射入的光束会造成相位延迟，图像光束201自可调式液晶面板102A出射时的偏振方向会平行于Y轴，透射双折射晶体板102B’后会发生平移，平移量为Y2。在图5D中，以光束L4表示第一种状况下自双折射晶体板102B’出射的图像光束。
在第二种状况中，可调式液晶面板101A未被施加电压，可调式液晶面板101A对于射入的光束不会造成相位延迟，且可调式液晶面板102A未被施加电压，可调式液晶面板102A对于射入的光束不会造成相位延迟。自偏振器202出射的图像光束201在入射可调式液晶面板101A前的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板101A不造成相位延迟，自可调式液晶面板101A出射的图像光束201的偏振方向仍维持为平行于Z轴。图像光束201透射双折射晶体板101B后不发生平移。图像光束201入射可调式液晶面板102A时的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板102A对于射入的光束不会造成相位延迟，图像光束201自可调式液晶面板102A出射时的偏振方向会平行于Z轴，透射双折射晶体板102B’后也不会发生平移。在图5D中，以光束L3表示第二种状况下自双折射晶体板102B’出射的图像光束。
在第三种状况中，可调式液晶面板101A通过控制器401被施加电压，可调式液晶面板101A对于射入的光束会造成相位延迟，而可调式液晶面板102A未被施加电压，可调式液晶面板102A对于射入的光束不会造成相位延迟。自偏振器202出射的图像光束201在入射可调式液晶面板101A前的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板101A会造成相位延迟，自可调式液晶面板101A出射的图像光束201的偏振方向会平行于Y轴。图像光束201透射双折射晶体板101B后发生平移(在Y方向平移距离Y1)。图像光束201入射可调式液晶面板102A时的偏振方向平行于Y轴，由于可调式液晶面板102A对于射入的光束不会造成相位延迟，图像光束201自可调式液晶面板102A出射时的偏振方向会平行于Y轴，透射双折射晶体板102B’后会发生平移(在Y方向平移距离Y2)。在图5D中，以光束L6表示第三种状况下自双折射晶体板102B’出射的图像光束。
在第四种状况中，可调式液晶面板101A通过控制器401被施加电压，可调式液晶面板101A对于射入的光束会造成相位延迟，且可调式液晶面板102A通过控制器401被施加电压，可调式液晶面板102A对于射入的光束会造成相位延迟。自偏振器202出射的图像光束201在入射可调式液晶面板101A前的偏振方向平行于Z轴，由于可调式液晶面板101A会造成相位延迟，自可调式液晶面板101A出射的图像光束201偏振方向会平行于Y轴。图像光束201透射双折射晶体板101B后发生平移(在Y方向平移距离Y1)。图像光束201入射可调式液晶面板102A时的偏振方向平行于Y轴，由于可调式液晶面板102A对于射入的光束会造成相位延迟，图像光束201自可调式液晶面板102A出射时的偏振方向会平行于Z轴，透射双折射晶体板102B’后不会发生平移。在图5D中，以光束L5表示第四种状况下自双折射晶体板102B’出射的图像光束。
根据上述，可以得知，通过配置至少两组光束平移模块于图像光束的路径上，并适当配置这些光束平移模块中的双折射晶体板的晶体光轴的定向，可以在投影面中的一个方向上产生图像光束的多次平移，拓展眼盒。此外，平移量的大小由双折射晶体板的厚度、异常折射率、正常折射率以及晶体光轴的定向来决定。换句话说，可以通过改变所配置的一个或多个双折射晶体板的厚度、材质以及晶体光轴的定向来控制眼盒拓展的范围。
参照图6，其示出根据本发明一实施例的智能眼镜的图像光束的投影状况。通过配置多个光束平移模块，平移图像光束的投影位置，拓展眼盒。具体而言，可以例如通过设置三组光束平移模块101以在Y方向上平移图像光束的投影位置，使得图像光束得以由原投影位置P0平移至位置P1、P2以及P3中的一者。可以通过例如设置三组光束平移模块101以及一组光束平移模块102以在Y及Z方向上平移图像光束的投影位置，使得图像光束得以由原投影位置P0平移至位置P1、P2、P3、P4、P5、P6以及P7中的一者。
在一实施例中，上述控制器例如为中央处理单元(central processing unit,CPU)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、可程序化控制器、可程序化逻辑设备(programmable logic device,PLD)或其他类似装置或这些装置的组合，本发明并不加以限制。此外，在一实施例中，控制器的各功能可被实作为多个程序代码。这些程序代码会被储存在一个存储器中，由控制器来执行这些程序代码。或者，在一实施例中，控制器的各功能可被实作为一或多个电路。本发明并不限制用软件或硬件的方式来实作控制器的各功能。
综上所述，本发明实施例提供的拓展眼盒的智能眼镜利用可调式液晶面板，使得图像光束的相位延迟量是可被调整的，进而使其偏振方向可调，并搭配利用双折射晶体板，使得图像光束的投影位置可调，达到拓展眼盒的功能。

Claims (10)

1.一种拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，包括：
投影器，用以提供偏极化的图像光束；以及
至少一光束平移模块，配置于所述图像光束的路径上，且包括：
可调式液晶面板，配置于所述图像光束的路径上，且用以调整所述图像光束的相位延迟量；以及
双折射晶体板，配置于来自所述可调式液晶面板的所述图像光束的路径上，其中经所述可调式液晶面板调整所述相位延迟量后，从所述双折射晶体板出射的所述图像光束沿着平行于所述双折射晶体板的出光面的方向产生平移。
2.根据权利要求1所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，所述双折射晶体板的晶体光轴相对于所述图像光束入射所述双折射晶体板的入射方向倾斜一角度。
3.根据权利要求1所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，所述图像光束在所述可调式液晶面板的表面垂直入射，且所述表面是弧形面。
4.根据权利要求1所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，所述图像光束在所述双折射晶体板的表面垂直入射，且所述表面是弧形面。
5.根据权利要求1所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，所述投影器包括：
图像源，用以发出原始图像光束；以及
偏振器，配置于所述原始图像光束的路径上，以将所述原始图像光束转换成偏极化的所述图像光束。
6.根据权利要求5所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，所述原始图像光束垂直入射所述偏振器，且所述偏振器是弧形的偏振器。
7.根据权利要求1所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，还包括：
镜片，配置于来自所述光束平移模块的所述图像光束的路径上，且用以使所述图像光束传递至使用者的眼睛；以及
衍射光学元件，配置于所述镜片上，且用以使所述图像光束传递至所述眼睛。
8.根据权利要求1所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，还包括透镜，设置于所述投影器以及所述可调式液晶面板之间。
9.根据权利要求1所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，还包括控制器，电性连接至所述可调式液晶面板，且用以控制所述可调式液晶面板的运作，进而控制所述图像光束的平移。
10.根据权利要求1所述的拓展眼盒的智能眼镜，其特征在于，所述至少一光束平移模块为多个光束平移模块，依序排列于来自所述投影器的所述图像光束的路径上。
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